Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Denitrification in a Low Temperature Bioreactor System: Laboratory column studies
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Earth Sciences, Department of Earth Sciences.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Denitrification is a microbially-catalyzed reaction which reduces nitrate to N2 through a series of intermediate nitrogen compounds. Nitrate is a nutrient and its release into the environment may lead to eutrophication, depending on the amount that is released and the state of the recipient. The release of nitrate from the mining industry in Kiruna (Sweden) has been identified as an eutrophication risk, and a denitrifying bioreactor is to be constructed at the site to reduce the nitrate release.Since the denitrification rate decreases with temperature and the temperature in Kiruna during large parts of the year drops below 0˚C, the denitrifying bioreactor therefore has to be designed for the site-specific environment in terms of flow rate and hydraulic residence time. Laboratory column studies are used to study and determine the nitrate removal rate in a low temperature environment (5˚C) with pine wood chips as reactive matrix/ electron donor; the input solution had an average concentration of 35 mg NO3-N/L and a high sulfate concentration. Nitrate removal was studied as a function of hydraulic residence time and temperature. Parameters that were monitored include pH, alkalinity and concentrations of ammonium, nitrite and sulfate in the effluent from the columns. On three occasions, samples were gathered along the flow path in the columns (concentration profiles) such that changes in nitrate, nitrite, and occasionally ammonium concentration could be studied in relation to each other. The study concluded that a denitrifying bioreactor utilizing pine wood chips as the reactive matrix is a suitable option for nitrate treatment in a low temperature (5˚C) environment. Under the conditions of the study, effluent nitrate, nitrite, and ammonium concentrations are below limits established in legislation. Nitrate removal rates are given for zero-order nitrate reduction and overall first-order nitrate reduction, as the concentration profiles revealed a decrease in nitrate removal rate as nitrate concentration dropped below 3 mg NO3-N/L.

Abstract [sv]

Nitrat är ett näringsämne som kan orsaka övergödning vid utsläpp, beroende på halterna och recipienten. Växterna som tar upp kväve kommer så småningom att dö och sjunka mot botten där de förmultnar. Förmultningen kräver syre, och vid ökad växtlighet så ökar även konsumtionen av syre då det finns mer organiskt material att bryta ned. Detta leder i slutändan till syrefria områden, där djurliv och växtlighet är mer begränsade. Nitratutsläpp från gruvindustrin i Kiruna har blivit identifierad som en potentiell övergödningsrisk och en denitrifierande bioreaktor ska därmed installeras för att minska utsläppen. Denitrifikation är en mikrobiell reaktion som reducerar nitrat till kvävgas genom en serie av intermediära kväveföreningar. En denitrifierande bioreaktor använder sig utav denitrifikation för att minska nitratkoncentrationer i vatten som passerar genom bioreaktorn som består av huvudsakligen; (1) bakterierna som sköter denitrifikationen, och (2) en kolkälla som fungerar som ”mat” till de denitrifierande bakterierna, Hastigheten varvid nitrat omvandlas till kvävgas genom denitrifikation, minskar med temperatur och den denitrifierande bioreaktorn måste därmed anpassas till omgivningen där den ska placeras med avseende på uppehållstid i reaktorn. Uppehållstiden måste vara tillräcklig för att minska nitratkoncentrationen till önskad nivå, men samtidigt så får uppehållstiden inte vara för lång då andra ämnen kan reagera och bilda ofördelaktiga produkter vid låga nitratkoncentrationer. Kolonnstudier i en låg-tempererad miljö (5˚C) är ett första steg för att studera hastigheten av nitratförbrukning i en sådan omgivning, och används i detta arbete med träflis av tall som kolkälla. Parametrar som påverkar, och varierar som ett resultat av, denitrifikation (exempelvis pH och sekundära föroreningar) övervakas. Hastigheten av nitratförbrukning som fås från kolonnstudierna kan sedan används som riktlinjer för konstruktionen av en denitrifierande bioreaktor i fältskala i Kiruna. Studiens slutsats är att en denitrifierande bioreaktor med träflis av tall som reaktivt medium är ett fungerande alternativ för nitrat reducering i en lågtempererad miljö (5˚C) då nitrat effektivt reduceras till under gränsvärden fastslagna i lag. Även andra potentiella biprodukter (exempelvis nitrit och ammonium) som kan resultera från den miljö som den denitrifierande bioreaktorn ger upphov till är under de gränsvärden som finns fastslagna i lag.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 74 p.
Series
Examensarbete vid Institutionen för geovetenskaper, ISSN 1650-6553 ; 290
Keyword [en]
Denitrification, Low Temperature, temperature, residence time, column studies, Denitrifying bioreactor, bioreactor, woodchips, nitrate reduction, nitrate treatment, nitrite, ammonium, Kiruna, mine leachate, denitrification reaction kinetics, concentration profiles
Keyword [sv]
Denitrifikation, denitrifierande bioreactor, låg temperatur, temperatur, uppehållstid, ammonium, nitrit, nitratprofiler, Kiruna, kolonnstudier, bioreaktor
National Category
Oceanography, Hydrology, Water Resources
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-226585OAI: oai:DiVA.org:uu-226585DiVA: diva2:726515
Educational program
Master Programme in Earth Science
Presentation
2014-06-04, Småland, Villavägen 16, Uppsala, 12:53 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-06-18 Created: 2014-06-18 Last updated: 2014-06-18Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Denitrification in a Low Temperature Bioreactor System: Laboratory column studies(3189 kB)843 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3189 kBChecksum SHA-512
cc4f2a6df8c07a8ccc0c095ccce56dd13b10f2d39a0e5743045d30a6aadf6c7f54a94aa1fee5de9fa4df76135ca929278c169fb59f4cdb87fdcbc085e3fcb395
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Earth Sciences
Oceanography, Hydrology, Water Resources

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 843 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1048 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf